Comprensione della demodulazione (analisi dell'inviluppo)

Definizione: Che cos'è la demodulazione?

Nel contesto dell'analisi delle vibrazioni, demodulazione è una potente tecnica di elaborazione del segnale utilizzata per rilevare impatti ripetitivi a bassa frequenza "nascosti" nel segnale di vibrazione ad alta frequenza di una macchina. È il processo alla base del termine più comunemente noto, Analisi dell'involucroI due termini vengono spesso usati in modo intercambiabile.

La tecnica funziona isolando una banda di vibrazioni ad alta frequenza, che funge da segnale "portante", e quindi estraendone l'"inviluppo". Questo inviluppo rivela i modelli a bassa frequenza sottostanti di impatti ripetuti, come quelli generati da guasti microscopici in cuscinetti o ingranaggi.

Il processo di demodulazione

La demodulazione prevede un processo in tre fasi:

1. Filtraggio passa-banda: Innanzitutto, il segnale di vibrazione grezzo viene fatto passare attraverso un filtro passa-banda ad alta frequenza. Questo rimuove le vibrazioni intense a bassa frequenza (come sbilanciamenti e disallineamenti) e si concentra solo su una regione ad alta frequenza in cui le onde di sollecitazione derivanti dagli impatti di cuscinetti o ingranaggi eccitano le risonanze strutturali.
2. Rettifica: Il segnale ad alta frequenza filtrato viene quindi rettificato. Questo processo trasforma la porzione negativa della forma d'onda in positiva, creando essenzialmente un segnale che rappresenta l'ampiezza assoluta.
3. Filtraggio passa-basso (inviluppo): Infine, questo segnale rettificato viene fatto passare attraverso un filtro passa-basso. Questo attenua il segnale "portante" risonante ad alta frequenza, lasciando solo l'"inviluppo" a bassa frequenza che traccia i picchi del segnale rettificato. Il segnale di inviluppo risultante rappresenta direttamente la frequenza di ripetizione degli impatti sottostanti.

Su questo segnale di inviluppo finale viene quindi eseguita una FFT. Lo spettro risultante, chiamato spettro di inviluppo o spettro demodulato, mostra picchi evidenti alle esatte frequenze di guasto dei componenti dei cuscinetti o degli ingranaggi.

Perché la demodulazione è così efficace?

La demodulazione è una delle tecniche più importanti per il rilevamento precoce dei guasti, grazie al modo in cui gestisce i segnali di impatto.

• Allerta precoce: Quando una minuscola scheggiatura sulla pista di un cuscinetto viene colpita da un elemento volvente, produce un impatto piccolo e a bassa energia. Questo impatto provoca una brevissima esplosione di vibrazioni ad alta frequenza, mentre la struttura della macchina "risuona" alle sue frequenze naturali.
• Separare il segnale dal rumore: In uno spettro FFT normale, la piccola quantità di energia da questi impatti in fase iniziale è completamente sepolta dall'enorme energia proveniente da vibrazioni a bassa frequenza come sbilanciare.
• Concentrandosi sul tasso di ripetizione: La demodulazione ignora i potenti segnali a bassa frequenza. Si concentra sulle "risonanze" ad alta frequenza e, soprattutto, sulla *frequenza di ripetizione* di tali risonanze. È questa frequenza di ripetizione che corrisponde direttamente alle frequenze di guasto dei cuscinetti o degli ingranaggi (ad esempio, BPFO, BPFI, BSF, GMF).

Applicazioni

Le principali applicazioni della demodulazione sono:

• Analisi dei cuscinetti volventi: È il metodo definitivo per rilevare e diagnosticare guasti nei cuscinetti a sfere e a rulli, spesso fornendo un avviso mesi prima che il guasto diventi critico.
• Analisi del cambio: È molto efficace nel rilevare problemi come denti di ingranaggi rotti o incrinati, che generano un chiaro segnale di impatto a una velocità di rotazione pari a 1 volta quella dell'ingranaggio nello spettro demodulato.
• Altri eventi di impatto: Può essere utilizzato anche per rilevare altri fenomeni di impatto ripetitivi, come l'apertura e la chiusura delle valvole di scarico del vapore o problemi di fasatura delle valvole dei motori alternativi.

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